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Escapades coutelières

Voyage autour du monde à la découverte de couteaux d'ici et d'ailleurs

Vous avez dit "acier"?

Préambule

Cher voyageur, bienvenue pour cette étape un peu inhabituelle au cours de laquelle nous allons aborder un sujet beaucoup plus large qu'un modèle de couteau particulier, à savoir l'acier (ou plutôt les aciers) dont sont faits nos outils préférés.

Le sujet est incroyablement plus complexe qu'on pourrait le penser au premier abord, mais c'est également ce qui le rend tellement passionnant. Le défi que je me lance en l'abordant est de ne pas me perdre dans un niveau de détail superflu et probablement ennuyeux pour le lecteur non averti, tout en évitant la simplification caricaturale du sujet à laquelle se livrent trop souvent certains sites peu scrupuleux.

Qu'est-ce que l'acier? Sur la base de quelles qualités peut-on comparer deux aciers différents? Quels sont les facteurs qui influencent ces qualités? Comment ces facteurs évoluent-ils de la création d'un acier jusqu'à sa transformation en lame? Voilà un exemple des questions auxquelles nous allons tenter de répondre d'une façon que j'espère digeste.

Alors si le sujet vous intéresse, montez à bord et suivez-moi pour cette nouvelle aventure.

L'auteur souhaite avertir son lecteur que cet article sera probablement un peu long en dépit de ses sincères efforts pour éviter d'en faire trop sur un sujet qui lui tient pourtant à cœur.

Antithèse

Commençons par le plus facile: un tour d'horizon de toutes les conneries que l'on peut lire sur le sujet.

D'une manière générale, il est assez facile de reconnaître une affirmation erronée au sujet des aciers de coutellerie: elle est simple, catégorique et dépourvue de toute nuance. C'est peut être un peu déprimant de se dire que tout n'est pas noir ou blanc lorsqu'il s'agit des alliages dont on fait les couteaux, et qu'il est nécessaire d'utiliser son cerveau et de se renseigner un minimum avant d'ouvrir son clapet, mais c'est la triste vérité.

La vie serait pourtant simple si elle pouvait se résumer à quelques idées préconçues comme "l'acier inox coupe moins bien que l'acier carbone" ou "rien ne vaut l'acier forgé", mais hélas les auteurs de ce genre de maxime sont en général aussi ignorants que le public auquel ils s'adressent.

La simple classification "acier carbone / acier inox" que l'on retrouve à tous les coins de rue constitue à elle seule une approximation tellement incomplète de l'incroyable diversité d'alliages exploités en coutellerie qu'elle en est insultante... Quand l'auteur n'y associe par la "troisième catégorie" des aciers damas avec autant d'aplomb qu'un élève de maternelle répond "tomate, carotte et macédoine" lorsqu'on lui demande d'énumérer les différentes catégories de légumes.

Au cours des mes pérégrinations sur la toile, je suis récemment tombé sur l'un des exemples les plus frappants d'ignorance crasse fièrement étalée sur le sujet: le blog du site de vente en ligne "le couteau de mon grand père" se permet en effet le postulat suivant au sujet du choix d'un couteau:

Extrait du blog:

Pour la lame, vous aurez généralement le choix entre trois types d’acier : l’acier inoxydable, le carbone et le damas.

Chacun a ses caractéristiques [...]

  • L’acier inox est sûrement le plus courant à ce jour. Il résiste à l’humidité et à la corrosion, ce qui le rend particulièrement durable surtout si vous évoluez dans un milieux humide, mais il n’aura pas le tranchant des deux autres.

  • L’acier carbone a le meilleur tranchant et est facile à aiguiser, mais c’est aussi celui qui s’usera le plus rapidement.

  • Enfin, l’acier damas est reconnu pour sa dureté, sa robustesse et sa performance de découpe, mais il ne résistera pas bien à l’humidité.

Sérieusement, j'ai failli m'étouffer de rire en lisant ce ramassis d'inepties, puis j'ai pleuré à l'idée que ce blog était lu par beaucoup plus d'Internautes que le mien.

Quand je me rends compte qu'il est inutile de produire du contenu de qualité pour faire des vues, et que je perds mon temps à me casser le cul pour peau d'zob.

Quand je me rends compte qu'il est inutile de produire du contenu de qualité pour faire des vues, et que je perds mon temps à me casser le cul pour peau d'zob.

Maintenant, à moins que tu ne sois déjà un expert du sujet (oui, vu le temps qu'on s'apprête à passer ensemble, c'est plus simple si je te tutoies), il n'y a évidemment aucune honte à ne pas savoir en quoi de telles affirmations sont complètement à côté de la plaque. Mais rassure-toi, le but de cet article est justement de te donner les outils pour mieux comprendre de quoi il s'agit.

Les qualités d'un couteau

La première question qu'il faut se poser lorsque l'on parle d'acier de coutellerie, c'est l'impact que le choix d'un acier aura sur les qualités d'un couteau dont sa lame est constituée.

A la question "quelles sont les qualités attendues d'un couteau", la plupart des bourrins se contenteront de répondre "ben qu'il coupe quoi!" ce qui n'est pas complètement faux mais loin d'être satisfaisant; surtout si l'on considère que l'immense majorité des bourrins en question ne sont même pas foutus d'avoir un couteau qui coupe vraiment.

Si l'on s'intéresse un peu plus précisément à ce qui différencie le bon couteau du mauvais couteau, c'est que le mauvais couteau, quand il voit un truc, il le coupe. Genre direct. Alors que le bon couteau, quand il voit un truc... il le coupe... mais c'est un bon couteau.

Sinon, on peut aussi considérer les aspects suivants:

La facilité avec laquelle il coupe

Et déjà là, les choses se compliquent, parce que le fait de couper de la matière se décompose en deux étapes: séparer la matière et s'y enfoncer. Or ce ne sont pas les mêmes facteurs qui influence l'une et l'autre de ces qualités.

Le "tranchant", la faculté d'un couteau à séparer de la matière, est déterminé par la largeur du fil de la lame. En théorie, les émoutures d'un couteau correctement affûté se rejoignent en formant un angle parfaitement pointu que l'on désigne parfois sous le terme "apex"; mais en pratique, du fait de la nature plastique de l'acier, cet angle est plutôt un arrondi de quelques micromètres de diamètre. Et plus ce diamètre est faible, plus le couteau casse facilement les liaisons atomiques qui constituent la matière, plus il est tranchant.

Question quizz: lequel de ces fils sera le plus tranchant?

Question quizz: lequel de ces fils sera le plus tranchant?

A priori, l'acuité du tranchant d'un couteau n'est donc qu'une question de géométrie. Mais les différents aciers n'ayant pas tous la même plasticité ni la même "finesse de grain", tous ne permettent pas de s'approcher aussi près de l'apex parfait.

La "capacité de coupe" désigne quand à elle la faculté du couteau à traverser la matière. Or si un bon tranchant facilite effectivement la progression dans la matière en "ouvrant la route", il ne fait pas tout: une fois la coupe initiée, ce sont les émoutures du couteau puis ses flancs qui entrent en contact avec la matière et subissent les frottements issus de cette dernière. Plus ces frottements sont élevés et plus la progression est difficile. Pour bien comprendre ce phénomène, rappelez-vous la dernière fois que vous avez dû couper un épais morceau d'emmental: on ne peut pas dire que ce fromage oppose une résistance significative au tranchant de votre lame, mais vous avez pourtant dû transpirer un minimum pour en arriver à bout.

L'intensité des frottement qui limitent la progression d'une lame dans la matière est presque intégralement régie par la géométrie de la lame, plus précisément l'angle et la forme de son émouture, ainsi que son épaisseur maximale. Mais on peut également argumenter que, d'une façon marginale, la capacité de l'acier à "glisser" contre la matière puisse entrer en jeu: un acier au grain très fin pouvant être poli jusqu'à devenir un véritable miroir offrira théoriquement moins de points d'accroche potentiels qu'un acier de nature grossière mais la différence (si elle existe) n'est en rien comparable aux conséquences d'un changement de géométrie.

La durée pendant laquelle il coupe

Au fur et à mesure qu'on l'utilise, un couteau s'use et coupe de moins en moins bien. Divers phénomènes entrent en jeu dans ce processus, tels que la déformation du fil, sa rupture, ou encore son usure par abrasion.

D'une manière générale, si une géométrie adaptée peut limiter ces phénomènes, c'est en premier lieu la nature de l'acier qui détermine sa résistance aux phénomènes suscités et donc la durée de vie du tranchant d'un couteau.

Les mauvais traitements qu'il peut endurer avant de se casser

Là encore, si l'épaisseur de la lame joue un rôle évident dans sa robustesse, à géométrie égale deux aciers différents ne supporteront pas le même effort avant d'atteindre leur point de rupture.

Sa faculté à résister à la rouille

Pas de secret avec ce critère: le comportement d'une lame face à une agression chimique dépend principalement de la nature de l'acier qui la compose, même si sa finition de surface joue un rôle non négligeable dans la facilité qu'aura la rouille à y prendre prise.

Son apparence

La teinte unique de chaque nuance d'acier, la manière qu'elle a de se patiner ou non avec le temps, ainsi que sa capacité à adopter tel ou tel traitement de surface plus ou moins valorisant... Toutes ces propriétés font que le choix d'un acier a une influence indéniable sur l'esthétique d'un couteau.

Bilan

Comme nous venons de le voir, le choix de l'acier influe donc sur quasiment toutes les qualités du couteau dont il est fait. La question du choix de l'acier est donc parfaitement légitime et mérite que le futur propriétaire d'un couteau prenne la peine de s'y intéresser.

Les propriétés de l'acier

Compte tenu des observations précédentes, il paraît évident qu'on ne peut pas dire d'un acier qu'il "est plus tranchant" qu'un autre. "Être tranchant" est une caractéristique associée à la géométrie d'une lame et non à la nature de l'acier qui la compose.

Il existe en revanche des propriétés observables et mêmes mesurables qui, une fois combinées, permettent d'anticiper la capacité qu'aura tel ou tel acier à adopter une géométrie "tranchante" et à la conserver dans le temps.

Encore une fois, il est tentant de se reposer sur un raccourci intellectuel séduisant: "Et ben alors, si les qualités d'un acier lui permettent d'adopter une meilleure géométrie, on peut bien dire de lui qu'il est plus tranchant qu'un autre, non? Mais qu'est-ce qu'il nous emmerde celui-là à vouloir toujours tout compliquer!" Sauf que non, la vie n'est pas si simple, n'en déplaise aux amateurs de conclusions hâtives et de préjugés faciles.

Car les différentes propriétés de l'acier qui influent sur la géométrie d'une lame sont liées entre elles et intrinsèquement antagonistes, modifier la composition ou le traitement thermique d'un acier en vue d'améliorer une ou plusieurs d'entre elles aboutit invariablement à la dégradation des autres.

Les propriétés qu'il est habituel de mesurer dans un acier sont les suivantes:

Caractéristique Adjectifs utilisés Description
Dureté Mou / Dur Capacité de l'acier à se déformer sous la contrainte, c'est le fameux "indice HRC" que l'on retrouve dans le descriptif de nombreux couteaux. Un acier dur peut former un apex fin et le conserver plus longtemps.
Granularité Fin / Grossier Taille moyenne des cristaux et des carbures qui composent l'acier. Plus un acier est fin et plus il peut former un apex précis.
Résilience Fragile / Résistant Capacité de l'acier à absorber de l'énergie avant de se rompre. Un acier résistant pourra subir des chocs importants sans se casser et son fil sera moins sujet aux micro-ruptures.
Plasticité Ductile / Raide Capacité de l'acier à se déformer avant de se rompre. Un acier ductile peut être forgé sans risque de casse.
Résistance à l'abrasion (pas) Résistant Capacité de l'acier à conserver son intégrité face à une action abrasive. Un acier très résistant à l'abrasion sera difficile à usiner et à affûter, mais le tranchant formé sera plus long à s'user.
Résistance à la corrosion (pas) Résistant Capacité de l'acier à conserver son intégrité face à une action chimique. Plus cette résistance est élevée et moins l'acier rouille vite.

Comme dit précédemment, ces caractéristiques sont étroitement entremêlées: les modifications dans la recette d'un acier destinées à augmenter sa dureté tendent à réduire sa résilience (plus un acier est mou et mieux il absorbe l'énergie, plus il est dur et plus il est cassant...). L'ajout de chrome nécessaire pour améliorer sa résistance à la corrosion aboutit généralement à l'apparition de carbures de chrome ayant un impact négatif sur la résilience de l'acier tout en augmentant sa résistance à l'abrasion (et donc la difficulté que propriétaire aura à affûter un couteau qui en est constitué). L'introduction des carbures propices à une bonne résistance à l'abrasion agit négativement sur la granularité et la résilience. Réduire la granularité d'un acier améliore sa résilience mais diminue sa plasticité. Et ainsi de suite...

Composer la recette d'un acier, c'est donc chercher un équilibre idéal entre toutes ces qualités, compte tenu de l'usage pour lequel l'acier est prévu. Il n'existe pas d'acier idéal mais une multitude de compromis en fonctions des besoins. Un couteau de bouchekräfte sur le dos duquel on s'apprête à coller de grands coups de bâton devra donner la priorité à la résilience et être facilement affûtable avec des outils minimalistes, tandis qu'un rasoir condamné à perpétuité à couper des poils privilégiera le choix de la dureté et de la finesse de grain.

La "recette" d'un acier?

Un bon acier, c'est un soufflé au fromage réussi: un savant mélange d'ingrédients rigoureusement dosés et une cuisson contrôlée à la perfection.

Il serait injuste de réduire la définition d'une nuance d'acier à la liste de ses ingrédients car, comme en cuisine, la "cuisson" de ces ingrédients est tout aussi importante que les ingrédients eux mêmes.

En métallurgie, on appelle cette cuisson le "traitement thermique" ou plus précisément LES traitements thermiques car, tout comme les lasagnes de la veille sont encore meilleures réchauffées, les ingrédients d'un acier ne peuvent exprimer leur plein potentiel qu'à l'issue de multiples cuissons, chacune ayant un impact précis sur sa structure atomique.

Selon les variations de température qu'on lui fait subir, un acier d'une composition chimique donnée pourra devenir mou et plastique en vue d'être forgé et/ou découpé avec un effort minimal, puis dur et raide pour former un fil durable sur une lame. Le cycle de traitements thermiques qu'a subi la lame d'un couteau fini est donc tout aussi important pour sa qualité que la composition chimique de l'acier dont il est fait.

Pour comprendre l'importance de ces changements de température sur les caractéristiques de l'acier, il faut commencer par regarder de quoi il est fait.

L'acier est un alliage de fer, d'une quantité variable de carbone et de divers autres métaux jouant chacun un rôle précis dans la formule: manganèse, silicium, chrome, vanadium, tungstène, molybdène, niobium...

En dessous de 0.025% de carbone, on ne parle pas d'acier mais de fer blanc. En effet, a si faible concentration, le carbone est entièrement dissous dans le fer et ne contribue en rien aux propriétés mécaniques du métal.

Au dessus de 2% de carbone, l'acier devient de la fonte, sauf si ses autres ingrédients sont présents en quantité suffisante pour capter le carbone excédentaire et éviter cette transformation indésirable en coutellerie.

Entre ces deux limites, n'importe quel alliage peut légalement être désigné comme étant un acier.

Le terme "acier carbone" est habituellement associé aux alliages ne contenant que du fer, du carbone et optionnellement du manganèse et du silicium. L'acier "1095" en est un exemple.

La catégorie des "aciers faiblement alliés" dont fait partie le "80CrV2" ou encore le "52100" regroupe les alliages pouvant contenir n'importe lesquels des autres éléments listés ci-dessus, en une quantité n'excédant pas environ 5% de la masse totale du mélange. Ces ajouts n'affectent pas aussi dramatiquement les propriétés de l'acier que la variation de sa teneur en carbone, mais influencent généralement de façon positive leur réponse aux différents traitements thermiques, limitant ainsi les risques d'erreur lors de ces étapes décisives.

Les aciers composés de plus de 5% en masse d'autres ingrédients que le fer sont appelés "aciers fortement alliés". Cette désignation englobe une diversité de nuances qui donne le vertige. On y retrouve la sous catégorie des "aciers rapides" conçus pour garder une dureté élevée à haute température grâce à une concentration élevée en molybdène et/ou en tungstène (ex: Maxamet et Rex121), ou encore celle des "aciers inoxydables" (440C, M390, VG10, LC200N...) qui résistent à la corrosion grâce à une teneur élevée en chrome, lequel rentre hélas souvent en conflit avec les autres composants. Certains aciers combinent évidement les qualités des aciers rapides et des aciers inoxydables.

En outre, les contours de ces catégories sont évidemment très flous: à partir de quel pourcentage de chrome un acier est-il considéré comme inoxydable? En réalité, selon la présence et la concentration des autres éléments, un acier faiblement chromé peut mieux résister à la corrosion qu'un autre qui en possède une plus forte concentration, toute velléité de classification catégorique est donc vouée à l'échec.

Il apparaît donc, sans qu'il soit pour cela nécessaire d'aller plus en avant, que la dichotomie "aciers carbone / aciers inox" est largement insuffisante pour classer tous les alliages que l'on est susceptible de croiser sur un couteau, et n'en représente même qu'une infime partie. Si l'on prend l'exemple du D2 que l'on retrouve généralement sur des couteaux de poche milieu de gamme (entre 40 et 100€), il n'est ni carbone, ni inox. Faut-il en déduire pour autant qu'il est "exotique" et donc rare de le croiser en coutellerie? Bien au contraire! Grâce à un excellent équilibre de ses qualités et un coût de production relativement bas, il constitue un choix pertinent pour bon nombre de modèles situés dans cette gamme tarifaire.

Et l'acier damas dans tout ça?

Ahhh, l'acier damas! L'acier Valyrien du monde réel, ce matériau issu d'un savoir faire oublié et redécouvert dont on vante les mérites à tout va...

Mais alors c'est quoi l'acier damas? Derrière ce mot se cachent de multiples définitions, mais celle qui est la plus largement utilisée aujourd'hui ne désigne pas réellement un acier en particulier, mais plutôt un assemblage hétérogène d'aciers aux qualités variables.

Tout le secret pour réaliser ce que l'on appelle communément un "acier damas", c'est de choisir deux nuances d'acier qui ont une réaction différente aux attaques acides: l'un va noircir, l'autre non. Cette différence tient la plupart du temps uniquement à leur teneur respective en Nickel. Il faut ensuite les assembler dans une forge en leur tapant dessus à chaud, avant de plier et de replier le lingot obtenu à la manière d'un mille-feuille. Une fois le bloc ainsi feuilleté transformé en lame, on trempe cette dernière dans un bain d'acide destiné à révéler l'alternance de teintes associée à chacune de ses couches. Et voilà!

Un motif damas sur mon couteau, c'est pas un peu too much avec ma chemise léopard?

Un motif damas sur mon couteau, c'est pas un peu too much avec ma chemise léopard?

Si l'on ne peut lui nier un intérêt esthétique certain, surtout lorsque ce procédé donne lieu entre des mains expertes à des motifs d'une remarquable complexité, les qualités mécaniques d'un acier damas ne sont en revanche en rien supérieure à celles des deux aciers qui la composent.

Autrement dit: un acier damas fait avec deux aciers inoxydables sera tout à fait résistant à la corrosion, et un acier damas fait avec deux aciers de merde fera un couteau de merde.

De là à prétendre donc que les aciers damas sont "reconnus pour leur dureté, leur robustesse et leur performance de découpe, mais moins résistants à l'humidité"... Il y a un fossé au dessus duquel je m'abstiendrai de sauter.

Vu de près, ça ressemble à quoi?

Et bien merci d'avoir posé la question, cher lecteur! Parce que c'est là que ça devient intéressant.

Quand on le regarde au microscope, un acier ressemble à une soupe au vermicelle composée:

  • D'une matrice de cristaux de fer (la soupe)
  • De carbures divers (les vermicelles)
L'acier 3V vu au microscope par le Dr Larrin Thomas, auteur du passionnant "Knife Engineering" et créateur du MagnaCut, l'un des aciers les mieux équilibrés du moment pour un usage coutelier... à moins que ça ne soit juste la peau d'un albinos durement frappé par l'acné!

L'acier 3V vu au microscope par le Dr Larrin Thomas, auteur du passionnant "Knife Engineering" et créateur du MagnaCut, l'un des aciers les mieux équilibrés du moment pour un usage coutelier... à moins que ça ne soit juste la peau d'un albinos durement frappé par l'acné!

Contrairement au silicium qui est capable de former des cristaux parfaitement uniformes de la taille d'une maison, le fer lui s'assemble sous la forme de petits cristaux micrométriques agglutinés entre eux.

Au sein de chaque cristal, un motif atomique de base, comparable au maillon d'une chaîne, se répète encore et encore dans les trois dimensions pour former la matière. Cette répétition fait que les atomes qui constituent le cristal suivent des alignements dont l'orientation est différente pour chaque cristal.

Cette structure polycristalline, et le fait que certaines imperfections au sein même des cristaux permettent aux atomes de se déplacer légèrement les uns par rapport aux autres, sont à l'origine de la plasticité de la matrice et donc du fait qu'on puisse déformer l'acier sans nécessairement le casser.

L'agencement même des atomes de fer au sein d'un cristal, c'est à dire la forme du motif répétitif qui le constitue, dépend de la température et de la présence d'autres composants dans le mélange. Autrement dit, on peut littéralement modifier la structure du cristal rien qu'en le faisant chauffer. Certains motifs donnent lieu à des cristaux mous et ductiles, d'autres à des cristaux durs et fragiles. Un acier peut donc se faire pâte à modeler ou plaque de verre selon le traitement qu'il a subi.

En outre, bien qu'étant solides ces cristaux de fer se comportent comme des éponges vis à vis des atomes des autres composants de l'acier, qu'ils sont capables d'absorber en quantité variable selon la forme de leur motif de base et la température ambiante. Ces atomes étrangers et "libres" modifient les propriétés chimiques du cristal, telles que sa réaction à une élévation de température ou encore sa résistance à la corrosion.

Les carbures, eux, représentent les impuretés coincées dans cette structure cristalline. Ils sont formés par les atomes de carbone qui n'ont pas pu être dissous dans les cristaux de fer et qui s'associent alors avec tout ce qui passe à leur portée: fer, chrome, tungstène, vanadium, molybdène...

Chaque élément a une affinité plus ou moins forte avec le carbone et donc une propension plus ou moins forte à former des carbures en priorité sur ses petits camarades, selon une multitude de facteurs tels que leurs concentrations respectives et la température ambiante. Ces interactions multiples entre les différents ingrédients qui composent un acier sont la raison pour laquelle il en existe autant de nuances différentes, et explique au passage pourquoi la métallurgie est un sujet si incroyablement complexe qu'il faille des années d'étude pour commencer à pouvoir prévoir le comportement de tel ou tel adjuvant dans une recette donnée.

La taille, la forme et la densité des carbures varie donc non seulement en fonction de la composition chimique de l'acier mais, là aussi, du traitement thermique dont il a fait l'objet. Des variations de températures permettent en effet de dissoudre certains carbures pour que leurs composants soient absorbés par les cristaux de fer ou bien utilisés pour former et faire grossir d'autres carbures.

Et donc, ça change quoi pour mon couteau?

Et bien ça change tout justement!

Nous avons vu que les propriétés d'un acier jouent un rôle déterminant dans les qualités d'un couteau fini. Or, les caractéristiques d'un acier dépendent entièrement de sa structure cristalline et carburée.

Commençons par les cristaux: la façon dont sont organisés les atomes de fer au sein d'un cristal et la présence ou non d'atomes de carbone dans cette structure détermine si l'acier est mou ou dur, ductile ou raide, résilient ou fragile. Ces différentes structures portent des noms barbares: ferrite, austénite, martensite... Quiconque s'intéresse à la métallurgie tombe tôt ou tard sur ces termes. Je serai ravi de disserter sur ces différentes structures et la manière dont elles se forment, mais ce serait rentrer délibérément dans un niveau de détail susceptible de faire fuir tout lecteur ayant survécu jusqu'à ce paragraphe.

En outre, la taille de ces cristaux joue également un rôle critique dans la capacité de l'acier à supporter les chocs sans se fracturer. En effet, lorsqu'une lésion apparaît dans un cristal, elle se propage aisément le long des axes selon lesquels son motif atomique se répète, c'est le phénomène du clivage grâce auquel on peut tailler un diamant avec des angles d'exactement 60°.

A cause de ce phénomène, une fracture initiée d'un côté du cristal se propage sans effort jusqu'à son autre extrémité en suivant une ligne parfaite. Mais lorsque cette fracture atteint la frontière d'un nouveau cristal, les atomes de ce dernier ne sont plus alignés suivant les mêmes axes et la fracture ne peut plus se propager spontanément, une nouvelle fracture doit être formée en suivant un angle différent et cela demande un apport d'énergie supplémentaire.

Plus les cristaux d'un acier sont petits et plus souvent les alignements atomiques changent d'orientation, multipliant l'énergie nécessaire pour propager une fracture d'un bout à l'autre de la pièce et donc améliorant sa résistance à la rupture.

De même, de plus petits cristaux donnent moins de latitude aux atomes pour se déplacer le long des défauts d'alignements au sein de leur structure, ce qui à l'inverse diminue la ductilité de l'acier.

Il en va de même pour les carbures: étant par nature plus durs et fragiles/cassants que la matrice de cristaux dans laquelle ils baignent, ils tendent d'une part à augmenter la dureté de cette dernière, mais constituent d'autre part le "maillon faible" susceptible de laisser de propager une fracture d'un bout à l'autre d'une pièce de métal. Plus les carbures sont gros, présents en forte densité et alignés régulièrement, plus l'acier sera victime du phénomène "découpez suivant les pointillés".

Par ailleurs, des carbures volumineux et présents en grand nombre auront tendance à augmenter la granularité de l'acier, rendant plus difficile la création d'un apex très fin: contrairement aux cristaux de la matrice qui peuvent être clivés pour obtenir une finition de surface extrêmement précise, les carbures ont tendance à se faire arracher par l'action abrasive d'une pierre à affûter, et à laisser derrière eux une cavité détrimentaire à la netteté de la surface.

Enfin, la dureté de ces carbures contribue en très grande partie à la résistance à l'abrasion d'un acier: une fois la matrice qui les entoure érodée par l'usure, ce sont ces carbures qui vont subir l'action abrasive de la surface contre laquelle ils sont en contact. Les carbures de vanadium, parmi les plus durs qui soient, sont réputés pour conférer aux aciers une excellente résistance à l'abrasion tandis que les carbures de fer, les moins durs que l'on puisse rencontrer dans un acier, contribueront beaucoup moins -à quantité égale- à cette même propriété. Quand aux carbures de chrome, ils se situent entre les deux.

On constate donc que pour le seul sujet de la résistance à l'abrasion d'un acier inoxydable, un concepteur d'acier aura tout intérêt à favoriser l'apparition de carbures de vanadium par rapport à celle des carbures de chrome et a fortiori de fer. Le problème étant que ces trois métaux ont tout autant envie les uns que les autres de s'associer au séduisant carbone. C'est là que la cuisson entre en jeu.

Et l'impact de la "cuisson" sur tout ça?

Si la liste des ingrédients qui composent un acier détermine son potentiel, alors les traitements thermiques dont il fait l'objet déterminent comment ce potentiel s'exprime.

Par analogie, on pourrait comparer les ingrédients aux facultés génétiques innées d'un sportif de haut niveau et le traitement thermique aux années d'entraînement qu'il a du endurer pour atteindre les championnats du monde. Ou encore mettre en parallèle les ingrédients d'un acier avec les grappes de raisin d'un grand cru, et son traitement thermique avec le vieillissement en cave.

C'est grâce au traitement thermique qu'un aciériste va pouvoir affiner les cristaux de sa matrice de fer et choisir leur arrangement atomique, favoriser ou non l'apparition de tel ou tel carbure, autrement dit mettre chaque ingrédient à la place précise à laquelle il est attendu.

C'est la raison pour laquelle les aciéristes ne vendent pas que des barres d'acier, mais des barres d'acier accompagnées des consignes à suivre pour révéler leur plein potentiel. Et si le coutelier n'a pas les moyens ou la volonté de suivre ces consignes, il vend à son utilisateur final l'équivalent d'un grand cru frelaté.

Car l'acier que l'on achète pour fabriquer un couteau n'est pas un produit fini, loin de là. Pour faciliter sa transformation en lame, il a volontairement été placé dans l'état cristallin et carburé où il est le plus facile à déformer et à découper, autrement dit le moins adapté pour son usage futur.

Une fois son travail de création (forge et/ou découpe, puis émouture) terminé, le coutelier doit donc procéder lui-même aux étapes nécessaires pour donner à l'acier ses caractéristiques finales, ou confier ses lames à une société spécialisée dans ce domaine.

De la fonte d'un acier et le mélange de ses ingrédients jusqu'à son arrivée entre les mains de l'utilisateur final, voici les différentes étapes par lesquelles il est susceptible de passer:

Fonte et mélange initial

Pour obtenir de l'acier fondu, dans l'immense majorité des cas on fait chauffer de l'acier existant. Ce matériau étant particulièrement bien recyclable pour peu qu'on soit prêt à en payer le prix énergétique, il est beaucoup plus simple de réunir des chutes et/ou des déchets d'acier à la composition proche de l'objectif recherché, plutôt que de procéder à un nouveau mélange à partir d'un acier "pur" sorti du haut fourneau.

Qu'il soit issu d'un circuit de recyclage ou produit à partir de minerai d'oxyde de fer et de coke, l'acier est coulé en lingots et refroidit lentement à l'air libre. Il est alors composé de gros cristaux et potentiellement de gros carbures qui n'en font pas le matériau idéal pour commencer à travailler.

Pour améliorer cet état de fait, certaines aciéries font plutôt refroidir leur mélange en le diffusant sous forme de spray dans une chambre remplie de gaz inerte. Les micro-paillettes ainsi obtenues sont ensuite compactées sous haute pression pour former la barre d'acier finale. Ce procédé est appelé "métallurgie des poudres" et permet de former dès le départ une structure cristalline et carburée beaucoup plus fine et homogène, raison pour laquelle les aciers produits par ce procédé sont considérés, à juste titre, comme plus qualitatifs.

Laminage à froid

Dans une aciérie, l'acier ainsi solidifié est ensuite déformé à température ambiante par un passage entre des rouleaux, afin de lui donner la forme de plaques tout en préparant certaines de ses qualités mécaniques.

Cette étape appelée "laminage" est en effet à l'origine d'une déformation mécanique des cristaux et d'une multiplication des défauts d'alignement dans leurs atomes qui augmente la résilience de l'acier tout en réduisant sa ductilité. Au cours du laminage, cristaux et carbures auront également tendance à s'étirer en suivant une direction privilégiée qui déterminera le "sens" de l'acier et donc sa capacité à se fracturer plus ou moins facilement selon la direction de l'effort qui lui est appliqué.

Lorsqu'il découpe ses lames dans une plaque d'acier, le coutelier qui travaille "à la découpe" devra tenir compte du sens de l'acier, c'est à dire de la direction dans laquelle les cristaux sont étirés, pour optimiser la robustesse de son futur couteau.

Forge

Alternativement (ou consécutivement), l'acier peut être chauffé pour gagner en ductilité et déformé par action mécanique. Cette approche autorise une variation beaucoup plus importante de forme et permet par exemple de former une lame directement à partir d'un lingot ou d'une barre sans retrait de matière.

C'est cette technique qu'utilisent certains couteliers industriels qui travaillent par emboutissage ainsi que l'intégralité des artisans forgerons qui façonnent au marteau et à l'enclume l'acier qu'ils viennent tout juste de créer dans leur bas fourneau, de récupérer sur un outil usagé, ou encore d'acheter à une aciérie.

Quels que soient les traitement thermiques précédemment subis par l'alliage (ex: un aciériste vend toujours son acier à l'état recuit), la forge à chaud au cours de laquelle l'acier est proche de son point de fusion va "réinitialiser" l'état de l'alliage en dissolvant pratiquement tous ses cristaux et carbures, et rendre nécessaire un cycle complet de traitements thermiques avant que le mélange ne puisse à nouveau exprimer son plein potentiel.

Par ailleurs, tous les aciers ne sont pas adaptés au travail à chaud: les aciers fortement alliés par exemple ont tendance, lorsqu'ils sont maintenus longtemps à haute température, à voir leurs carbures grossir au delà du raisonnable ou même à former des carbures entre leurs cristaux, ce qui compromet grandement leur résilience. C'est la raison pour laquelle il est excessivement rare de trouver des alliages complexes (et souvent qualitatifs) sur des couteaux de forge.

La température de forge constitue également un facteur sensible: avec une température trop élevée, les cristaux de n'importe quel acier peuvent se mettre à fusionner entre eux, ce qui réduit la ductilité de l'acier, tandis qu'à l'inverse, la forge pratiquée à une température insuffisante n'augmente pas suffisamment cette même ductilité. Dans les deux cas, le risque de casse au cours du façonnage de la pièce est augmenté.

Et c'est pour moi l'occasion d'ouvrir une courte parenthèse sur la croyance répandue qui veut que les couteaux forgés à partir d'un lingot soient mécaniquement supérieurs aux couteaux découpés dans une plaque. Croyance hélas alimentée par des couteliers et des chefs d'entreprise qui font figure d'autorité dans le domaine et qui avancent des arguments aussi délirants que "la forge permet d'orienter les fibres du métal, contrairement à un usinage qui va trancher les fibres [...] ce qui fait qu'on augmente les propriétés mécaniques de façon assez considérable.".

Ne rigole pas: il s'agit là d'une vraie citation, extraites de l'interview du PDG de WildSteer par les "spécialistes" de la Coutellerie Tourangelle, lesquels n'ont même pas sourcillé à ces propos et se sont contentés de les rediffuser sur leur chaine YouTube sans faire l'effort de procéder à la moindre vérification factuelle.

Maintenant que tu sais, cher lecteur, que l'acier ne contient pas de "fibres", tu as vu venir la tentative d'enfumage à des kilomètres. Mais combien de profanes internautes se laisseront convaincre par de tels propos, impardonnablement ignorants au mieux, consciemment malveillants au pire?

Et cet exemple n'est pas isolé: je pourrais citer pendant des heures la tonnes d'énormités que j'ai entendues proférer avec aplomb au sujet des qualités mécaniques supposées de l'acier forgé. "L'action du marteau compresse les cristaux et augmente leur dureté", "Le modelage de l'acier chasse les bulles d'air qui y sont piégées et augmente sa résistance", j'en passe et des meilleures... La plupart sont basées sur des analogies ignorantes avec des matériaux dont nous sommes plus familiers, mais l'acier et la pâte à pizza n'ont pas grand chose en commun.

Derrière de telles affirmations se cache un mélange d'ignorance et de mysticisme hargneusement défendu par ceux qui tirent profit de cette confusion.

Mais, n'en déplaise à ces individus, le fait est qu'il y a beaucoup plus d'opportunités de compromettre les qualités d'un acier en voulant forger une lame qu'en se contentant de la découper dans une plaque et de la confier ensuite à un spécialiste du traitement thermique. Le fait est également que les bénéfices apportés par l'action mécanique de la forge sont en tout points comparables à ceux apportés par l'action mécanique du laminage (multiplication des défauts d'alignements et augmentation de la résilience), à la différence près que la température élevée requise pour la forge entraine une recristallisation quasi instantanée qui tend à neutraliser ces bénéfices. Et le fait est qu'enfin, aucun défenseur de la théorie selon laquelle une lame forgée est mécaniquement supérieure à une lame découpée n'a jamais pris la peine d'accompagner ses propos de données expérimentales sérieuses sur le sujet.

Comme j'ai déjà eu l'occasion de le dire, la forge a aujourd'hui encore toute sa place dans le monde de la coutellerie et sa pratique est un art respectable qui donne naissance à des pièces uniques, authentiques et pleines de caractère, mais qui ne confère en aucun cas une quelconque supériorité technique à ses créations. Hélas, les véritables artistes qui valorisent jour après jour les qualités réelles de cette technique ancestrale sont trop souvent éclipsés par des charlatans tapageurs qui profitent d'une méconnaissance généralisée de la métallurgie pour s'adonner à la propagande commerciale la plus décomplexée.

Normalisation

Cette étape est non seulement optionnelle, mais impossible avec les aciers fortement alliés dont certains carbures persistent jusqu'à la température de fusion de l'acier, et même au delà.

L'objectif de la normalisation est double: d'une part mitiger les éventuels problèmes liés à la fonte initiale et/ou à la forge (cristaux irréguliers et de taille importante, carbures localisés aux frontières des cristaux, dureté inégale...), et d'autre part préparer l'acier pour une meilleure usinabilité.

En faisant chauffer l'acier à une température précise (qui dépend de sa composition) et en le faisant refroidir lentement (plusieurs heures ou dizaines d'heures), les cristaux et les carbures qui composent l'acier vont se dissoudre et se reformer en adoptant une structure plus fine et régulière.

Au cours de cette étape, il est important de bien maîtriser la vitesse de refroidissement car si celle-ci est trop élevée l'acier peut accidentellement adopter une structure associée à l'étape de durcissement.

Recuit

Cette étape est obligatoire si l'acier n'a pas pu être normalisé, et souhaitable dans tous les cas.

Son objectif est d'amener l'acier dans un état idéal pour être découpé et/ou usiné.

Pour cela, différentes techniques existent. Certaines consistent à amener l'acier à une température intermédiaire et à l'y maintenir pendant près d'une centaine d'heures, d'autres à lui faire subir un cycle de chauffe et de refroidissement par palier spécifiques, d'autre encore à le faire transiter par des états intermédiaires. La méthode idéale dépend de la composition de l'acier (et donc de la possibilité d'appliquer telle ou telle méthode) et des moyens à sa disposition.

A l'issue de l'un de ces procédés, l'acier possède la structure lui permettant d'opposer la moindre résistance aux outils qui sont sur le point de le travailler.

Découpe et émouture

C'est à l'état recuit que l'on travaille l'acier pour en faire une lame. Ainsi, on gaspille moins de temps, d'énergie et de consommables (bandes abrasives...)

Il est contre productif de vouloir modifier la géométrie d'une lame dans son état fini, même si c'est hélas ce que sont obligés de faire tous les propriétaires de couteau qui doivent un jour ou l'autre affûter leur outil.

Recuit de détente

A l'issue de son changement de géométrie, l'acier a accumulé un fort stress mécanique sous forme de contraintes qui sont en quelque sorte piégées dans sa structure.

Voici un exemple représentatif de ce phénomène: l'acier est généralement livré en rouleaux et les lames découpées dans la plaque préalablement déroulée. Or l'acier aura gardé la mémoire de cet enroulement et aura tendance à vouloir retrouver sa courbure initiale dès que les conditions thermiques lui permettront d'adopter la forme grâce à laquelle il pourra minimiser ces contraintes mécaniques.

L'objectif du recuit de détente est de libérer ce stress pour éviter les futures déformations lors des traitements thermiques à venir, certaines d'entre elles pouvant aller jusqu'à la casse.

Encore une fois, on élève l'acier à une température suffisante pour permettre un réagencement de ses atomes, mais cette fois sans pour autant provoquer de modification de sa structure cristalline ou carburée. Puis on le laisse refroidir lentement pour éviter la création de nouvelles contraintes liées à un éventuel choc thermique.

Durcissement

Une fois la forme de la lame créée et son acier bien détendu, c'est l'heure de lui donner ses propriétés finales. Pour l'acier, c'est l'heure de vérité: ça passe ou ça casse. L'étape du durcissement va lui imposer des transformations tellement violentes que s'il n'a pas été correctement préparé, il n'obtiendra pas ses qualités finales ou, pire, sera susceptible de se rompre

Le durcissement se passe en deux étapes: l'austénisation, qui consiste à élever la température de l'acier jusqu'à un point où sa structure cristalline se modifie (en austénite) et ses carbures se mettent à fondre, alimentant alors le mélange en carbone, puis la trempe au cours de laquelle l'acier est violemment refroidit pour subir ce que l'on pourrait comparer à une vitrification. Les atomes de fer tentent de retrouver leur structure d'origine, mais le carbone piégé dans les mailles de leur filet, faute d'avoir eu le temps de s'en échapper pour reformer des carbures, déforme ces mailles créant ainsi une nouvelle structure (la martensite) d'autant plus dure que la concentration en carbone y est élevée.

La vitesse à laquelle l'acier doit être refroidi pour que ce phénomène se produise dépend, là encore, des ingrédients qui le composent. Pour la plupart des aciers fortement alliés, le simple de fait de les laisser à l'air libre suffit à créer cette structure hybride particulièrement dure. Pour les "aciers carbones", la lame doit être plongée dans un bain d'eau pour que cela se produise (d'où le terme "trempe"). Les aciers faiblement alliés, enfin, sont conçus pour pouvoir être trempés à des vitesses intermédiaires grâce à un bain d'huile.

La vitesse à laquelle la température doit être abaissée pour produire le résultat escompté est déterminante vis à vis effets indésirables potentiels du processus de trempe: plus un changement de température est violent et moins il est homogène. La surface de la lame, en contact avec l'agent réfrigérant, refroidit plus vite que le cœur. Cette disparité de températures crée des variations de volume et de densité qui soumettent la pièce de métal à de très fortes contraintes mécaniques. Lors de la temps, la lame peut se plier, changer de forme, ou même se rompre. Et si le refroidissement est volontairement ralenti pour limiter ce risque, alors des structures indésirables se formeront et l'acier n'atteindra jamais son plein potentiel. A ce stade, si l'acier n'a pas été parfaitement préparé, le couteau est tout simplement bon à jeter. C'est pourquoi les aciers hautement alliés qui peuvent "tremper" (durcir) à l'air libre sont largement avantagés au cours de cette étape.

Revenu

A l'issue de sa trempe l'acier est extrêmement dur, mais aussi cassant. Impossible de confier le couteau à son utilisateur final dans cet état sous peine de le voir revenir en pièces détachées au bout de quelques semaines.

Le revenu a pour objectif d'améliorer la résilience de l'acier, tout en conservant une dureté la plus élevée possible. Son principe est de chauffer à nouveau la lame pour permettre à la structure hybride (la martensite) de libérer une partie de son carbone ainsi qu'une partie du stress accumulé lors du refroidissement violent qu'elle vient de subir. C'est également la dernière opportunité de purifier l'acier de son austénite imparfaitement transformée en martensite.

Le revenu peut même être répété pour en augmenter les effets.

Bilan

De l'état liquide jusqu'à celui de lame prête à l'usage, l'acier passe donc par une multitude d'états ayant pour objectif intermédiaire d'en faciliter la mise en forme et pour objectif final de lui procurer ses caractéristiques optimales. Chacune de ces étapes offre des opportunités d'erreur, et des structures indésirables peuvent se former qui auront des conséquences sur toute la suite du processus et donc sur la qualité du produit fini.

Si on ne peut pas faire "mieux" qu'on bon traitement thermique (le terme "super traitement thermique" dans la bouche d'un commercial devrait à lui seul susciter une méfiance justifiée), on peut en revanche aisément faire pire, beaucoup pire. Et lorsqu'on prend conscience de la multiplicité des étapes nécessaires pour tirer le plein potentiel d'un acier donné et des faibles marges d'erreur permises pour chacune de ces étapes, on est en droit de se demander comment le forgeron amateur fait pour ne pas massacrer la structure atomique de son œuvre d'art en plongeant dans l'eau sa pièce de métal rougie "au jugé" dans le fond de son four à pain.. quand ce n'est pas un chirurgien bricoleur qui stérilise son outil de fortune à la flamme du briquet avant de se retirer une écharde du pied...

Je te laisse méditer là dessus.

Mais alors finalement, c'est lequel le meilleur acier?

Si tu te poses encore cette question, je ne te remercie pas d'avoir sauté de titre en titre sans lire le contenu des chapitres, car le lecteur attentif connait déjà la réponse à cette éternelle question.

Ce n'est pas l'acier carbone.

Ce n'est pas non plus l'acier inox.

Encore moins l'acier damas qui ne désigne même pas un acier à proprement parler mais bien la combinaison de deux aciers dotés de leur qualités propres.

Le meilleur acier, c'est celui dont la recette offre le meilleur compromis de caractéristiques requises pour les besoins associés à un couteau particulier, et qui a fait l'objet d'un traitement thermique rigoureux.

Pour un couteau soumis à rude épreuve, les aciers faiblement alliés à forte résilience tel que le 8670 ou encore le 5160 seront inévitablement de meilleurs candidats, à moins que le couteau ne soit amené à évoluer en milieu humide, auquel cas on pourrait lui préférer un 12C27 ou -encore mieux- un 14C28N, tous deux certes moins résilients mais dotés d'une dureté plus élevée et résistants à la corrosion de surcroit.

Pour un couteau destiné à servir au quotidien et ne subissant aucune maltraitance particulière, la finesse, la haute résistance à l'abrasion et la dureté d'un M390 ou d'un S110V seront des atouts indéniable pour prolonger la durée de son tranchant au détriment d'une résilience anecdotique, à moins que le prix prohibitif de ces alliages ne fasse de l'abordable mais plus grossier et aisément oxydable D2 un meilleur compromis.

Pour une pièce de collection, l'esthétisme de deux aciers travaillés en damas par des mains expertes se révélera inégalable.

Et enfin, pour un couteau dont on a besoin là, tout de suite, le simple fait qu'un acier soit plus facilement disponible qu'un autre peut tout à fait constituer un critère de choix valide.

Conclusion

Voilà, j'espère que cet article t'aura diverti et/ou instruit. Dans l'idéal les deux à la fois.

En tout cas pour moi, ça aura été une expérience passionnante représentant l'aboutissement de nombreux mois d'apprentissage et de découverte, recoupant les multiples sources à ma disposition. Mes recherches m'ont emmenées beaucoup plus loin que je ne l'aurais imaginé, à la découverte de sujets qu'il est impossible de traiter dans un simple article de blog (et qui, honnêtement, ont fait de moi un convive particulièrement ennuyeux dans les soirées mondaines).

Je me suis efforcé, tout au long de ces chapitres, d'éviter les réponses simplistes à ce sujet complexe, et ne pas livrer d'idées prêtes-à-penser que l'on peut resservir toutes chaudes le soir du réveillon. Au lieu de cela, j'ai tenté de sélectionner les informations les plus pertinentes afin que chacun ait les outils nécessaires pour savoir quelles informations rechercher et comment interpréter ces dernières lorsqu'arrive le moment de choisir l'acier dont est fait un couteau (et, je l'avoue, pour se faire plaisir en clouant le bec le soir du réveillon à ce vieil oncle grincheux qui déverse son flot ininterrompu d'idées préconçues sur le sujet).

La prochaine fois, nous reviendrons à des sujets plus classiques et mieux illustrés, en découvrant un nouveau couteau venu de par delà nos frontières. D'ici là, passe une bonne journée en écoutant une musique d'alliage!

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E
Bonjour et merci pour cet article clair et didactique.<br /> <br /> J'ai néanmoins une critique à faire au sujet de cette phrase vers la fin : "les aciers à forte résilience tel que le 1095".<br /> Le 1095 n'est pas un acier résilient (toughness en anglais). C'est parfaitement clair dans les tableaux de test de Larrin Thomas.<br /> Certes il est souvent utilisé dans les couteaux de bushcraft type ESEE, TOPS ou KA-BAR mais c'est essentiellement parce qu'il n'est pas cher et pas pour ses qualités intrinsèques.<br /> A mon avis il faudrait remplacer le "1095" dans la phrase par des aciers type 8670 ou 5160 qui, eux, sont vraiment des aciers low alloy très résilients.<br /> <br /> Mais encore une fois c'est du pinaillage sur ce qui est un excellent article (et le debunk sur les aciers forgés et à la fois drôle et nécessaire).
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U
Merci pour ce retour. Je m'en vais de ce pas corriger cette maladresse.